Системами так как находятся в. Понятие системы

→

Лекция 2: Системные свойства. Классификация систем

Свойства систем.

Итак, состоянием системы называется совокупность существенных свойств, которыми система обладает в каждый момент времени.

Под свойством понимают сторону объекта, обуславливающую его отличие от других объектов или сходство с ними и проявляющуюся при взаимодействии с другими объектами.

Характеристика — то, что отражает некоторое свойство системы.

Какие свойства систем известны.

Из определения «системы» следует, что главным свойством системы является целостность, единство, достигаемое посредством определенных взаимосвязей и взаимодействий элементов системы и проявляющиеся в возникновении новых свойств, которыми элементы системы не обладают. Это свойство эмерджентности (от анг. emerge — возникать, появляться).

1. Эмерджентность — степень несводимости свойств системы к свойствам элементов, из которых она состоит.
2. Эмерджентность — свойство систем, обусловливающее появление новых свойств и качеств, не присущих элементам, входящих в состав системы.

Эмерджентность — принцип противоположный редукционизму, который утверждает, что целое можно изучать, расчленив его на части и затем, определяя их свойства, определить свойства целого.

Свойству эмерджентности близко свойство целостности системы. Однако их нельзя отождествлять.

Целостность системы означает, что каждый элемент системы вносит вклад в реализацию целевой функции системы.

Целостность и эмерджентность — интегративные свойства системы.

Наличие интегративных свойств является одной из важнейших черт системы. Целостность проявляется в том, что система обладает собственной закономерностью функциональности, собственной целью.

Организованность — сложное свойство систем, заключающиеся в наличие структуры и функционирования (поведения). Непременной принадлежностью систем является их компоненты, именно те структурные образования, из которых состоит целое и без чего оно не возможно.

Функциональность — это проявление определенных свойств (функций) при взаимодействии с внешней средой. Здесь же определяется цель (назначение системы) как желаемый конечный результат.

Структурность — это упорядоченность системы, определенный набор и расположение элементов со связями между ними. Между функцией и структурой системы существует взаимосвязь, как между философскими категориями содержанием и формой. Изменение содержания (функций) влечет за собой изменение формы (структуры), но и наоборот.

Важным свойством системы является наличие поведения — действия, изменений, функционирования и т.д.

Считается, что это поведение системы связано со средой (окружающей), т.е. с другими системами с которыми она входит в контакт или вступает в определенные взаимоотношения.

Процесс целенаправленного изменения во времени состояния системы называется поведением . В отличие от управления, когда изменение состояния системы достигается за счет внешних воздействий, поведение реализуется исключительно самой системой, исходя из собственных целей.

Поведение каждой системы объясняется структурой систем низшего порядка, из которых состоит данная система, и наличием признаков равновесия (гомеостаза). В соответствии с признаком равновесия система имеет определенное состояние (состояния), которое являются для нее предпочтительным. Поэтому поведение систем описывается в терминах восстановления этих состояний, когда они нарушаются в результате изменения окружающей среды.

Еще одним свойством является свойство роста (развития). Развитие можно рассматривать как составляющую часть поведения (при этом важнейшим).

Одним из первичных, а, следовательно, основополагающих атрибутов системного подхода является недопустимость рассмотрения объекта вне его развития , под которым понимается необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания. В результате возникает новое качество или состояние объекта. Отождествление (может быть и не совсем строгое) терминов «развитие» и «движение» позволяет выразиться в таком смысле, что вне развития немыслимо существование материи, в данном случае — системы. Наивно представлять себе развитие, происходящее стихийно. В неоглядном множестве процессов, кажущихся на первый взгляд чем-то вроде броуновского (случайного, хаотичного) движения, при пристальном внимании и изучении вначале как бы проявляются контуры тенденций, а затем и довольно устойчивые закономерности. Эти закономерности по природе своей действуют объективно, т.е. не зависят от того, желаем ли мы их проявления или нет. Незнание законов и закономерностей развития — это блуждание в потемках.

Кто не знает, в какую гавань он плывет, для того нет попутного ветра

Поведение системы определяется характером реакции на внешние воздействия.

Фундаментальным свойством систем является устойчивость , т.е. способность системы противостоять внешним возмущающим воздействиям. От нее зависит продолжительность жизни системы.

Простые системы имеют пассивные формы устойчивости: прочность, сбалансированность, регулируемость, гомеостаз. А для сложных определяющими являются активные формы: надежность, живучесть и адаптируемость.

Если перечисленные формы устойчивости простых систем (кроме прочности) касается их поведения, то определяющая форма устойчивости сложных систем носят в основном структурный характер.

Надежность — свойство сохранения структуры систем, несмотря на гибель отдельных ее элементов с помощью их замены или дублирования, а живучесть — как активное подавление вредных качеств. Таким образом, надежность является более пассивной формой, чем живучесть.

Адаптируемость — свойство изменять поведение или структуру с целью сохранения, улучшения или приобретение новых качеств в условиях изменения внешней среды. Обязательным условием возможности адаптации является наличие обратных связей.

Всякая реальная система существует в среде. Связь между ними бывает настолько тесной, что определять границу между ними становится сложно. Поэтому выделение системы из среды связано с той или иной степенью идеализации.

Можно выделить два аспекта взаимодействия:

• во многих случаях принимает характер обмена между системой и средой (веществом, энергией, информацией);
• среда обычно является источником неопределенности для систем.

Воздействие среды может быть пассивным либо активным (антогонистическим, целенаправленно противодействующее системе).

Поэтому в общем случае среду следует рассматривать не только безразличную, но и антогонистическую по отношению к исследуемой системе.

Рис. — Классификация систем

Основание (критерий) классификации	Классы систем
По взаимодействию с внешней средой	Открытые Закрытые Комбинированные
По структуре	Простые Сложные Большие
По характеру функций	Специализированные Многофункциональные (универсальные)
По характеру развития	Стабильные Развивающиеся
По степени организованности	Хорошо организованные Плохо организованные (диффузные)
По сложности поведения	Автоматические Решающие Самоорганизующиеся Предвидящие Превращающиеся
По характеру связи между элементами	Детерминированные Стохастические
По характеру структуры управления	Централизованные Децентрализованные
По назначению	Производящие Управляющие Обслуживающие

Классификацией называется разбиение на классы по наиболее существенным признакам. Под классом понимается совокупность объектов, обладающие некоторыми признаками общности. Признак (или совокупность признаков) является основанием (критерием) классификации.

Система может быть охарактеризована одним или несколькими признаками и соответственно ей может быть найдено место в различных классификациях, каждая из которых может быть полезной при выборе методологии исследования. Обычно цель классификации ограничить выбор подходов к отображению систем, выработать язык описания, подходящий для соответствующего класса.

Реальные системы делятся на естественные (природные системы) и искусственные (антропогенные).

Естественные системы: системы неживой (физические, химические) и живой (биологические) природы.

Искусственные системы: создаются человечеством для своих нужд или образуются в результате целенаправленных усилий.

Искусственные делятся на технические (технико-экономические) и социальные (общественные).

Техническая система спроектирована и изготовлена человеком в определенных целях.

К социальным системам относятся различные системы человеческого общества.

Выделение систем, состоящих из одних только технических устройств почти всегда условно, поскольку они не способны вырабатывать свое состояние. Эти системы выступают как части более крупных, включающие людей — организационно-технических систем.

Организационная система, для эффективного функционирование которой существенным фактором является способ организации взаимодействия людей с технической подсистемой, называется человеко-машинной системой.

Примеры человеко-машинных систем: автомобиль — водитель; самолет — летчик; ЭВМ — пользователь и т.д.

Таким образом, под техническими системами понимают единую конструктивную совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих объектов, предназначенная для целенаправленных действий с задачей достижения в процессе функционирования заданного результата.

Отличительными признаками технических систем по сравнению с произвольной совокупностью объектов или по сравнению с отдельными элементами является конструктивность (практическая осуществляемость отношений между элементами), ориентированность и взаимосвязанность составных элементов и целенаправленность.

Для того чтобы система была устойчивой к воздействию внешних влияний, она должна иметь устойчивую структуру. Выбор структуры практически определяет технический облик как всей системы, так ее подсистем, и элементов. Вопрос о целесообразности применения той или иной структуры должен решаться исходя из конкретного назначения системы. От структуры зависит также способность системы к перераспределению функций в случае полного или частичного отхода отдельных элементов, а, следовательно, надежность и живучесть системы при заданных характеристиках ее элементов.

Абстрактные системы являются результатом отражения действительности (реальных систем) в мозге человека.

Их настроение — необходимая ступень обеспечения эффективного взаимодействия человека с окружающим миром. Абстрактные (идеальные) системы объективны по источнику происхождения, поскольку их первоисточником является объективно существующая действительность.

Абстрактные системы разделяют на системы непосредственного отображения (отражающие определенные аспекты реальных систем) и системы генерализирующего (обобщающего) отображения. К первым относятся математические и эвристические модели, а ко вторым — концептуальные системы (теории методологического построения) и языки.

На основе понятия внешней среды системы разделяются на: открытые, закрытые (замкнутые, изолированные) и комбинированные. Деление систем на открытые и закрытые связано с их характерными признаками: возможность сохранения свойств при наличии внешних воздействий. Если система нечувствительна к внешним воздействиям ее можно считать закрытой. В противном случае — открытой.

Открытой называется система, которая взаимодействует с окружающей средой. Все реальные системы являются открытыми. Открытая система является частью более общей системы или нескольких систем. Если вычленить из этого образования собственно рассматриваемую систему, то оставшаяся часть — ее среда.

Открытая система связана со средой определенными коммуникациями, то есть сетью внешних связей системы. Выделение внешних связей и описание механизмов взаимодействия «система-среда» является центральной задачей теории открытых систем. Рассмотрение открытых систем позволяет расширить понятие структуры системы. Для открытых систем оно включает не только внутренние связи между элементами, но и внешние связи со средой. При описании структуры внешние коммуникационные каналы стараются разделить на входные (по которым среда воздействует на систему) и выходные (наоборот). Совокупность элементов этих каналов, принадлежащих собственной системе называются входными и выходными полюсами системы. У открытых систем, по крайней мере, один элемент имеет связь с внешней средой, по меньшей мере, один входной полюс и один выходной, которыми она связана с внешней средой.

Для каждой системы связи со всеми подчиненными ей подсистемами и между последним, являются внутренними, а все остальные — внешними. Связи между системами и внешней средой также, как и между элементами системы, носят, как правило, направленный характер.

Важно подчеркнуть, что в любой реальной системе в силу законов диалектики о всеобщей связи явлений число всех взаимосвязей огромно, так что учесть и исследования абсолютно все связи невозможно, поэтому их число искусственно ограничивают. Вместе с тем, учитывать все возможные связи нецелесообразно, так как среди них есть много несущественных, практически не влияющих на функционирование системы и количество полученных решений (с точки зрения решаемых задач). Если изменение характеристик связи, ее исключение (полный разрыв) приводят к значительному ухудшению работы системы, снижению эффективности, то такая связь — существенна. Одна из важнейших задач исследователя — выделить существенные для рассмотрения системы в условиях решаемой задачи связи и отделить их от несущественных. В связи с тем, что входные и выходные полюса системы не всегда удается четко выделить, приходится прибегать к определенной идеализации действий. Наибольшая идеализация имеет место при рассмотрении закрытой системы.

Закрытой называется система, которая не взаимодействует со средой или взаимодействует со средой строго определенным образом. В первом случае предполагается, что система не имеет входных полюсов, а во втором, что входные полюса есть, но воздействие среды носит неизменный характер и полностью (заранее) известно. Очевидно, что при последнем предположении указанные воздействия могут быть отнесены собственно к системе, и ее можно рассматривать, как закрытую. Для закрытой системы, любой ее элемент имеет связи только с элементами самой системы.

Разумеется, закрытые системы представляют собой некоторую абстракцию реальной ситуации, так как, строго говоря, изолированных систем не существует. Однако, очевидно, что упрощение описания системы, заключаются в отказе от внешних связей, может привести к полезным результатам, упростить исследование системы. Все реальные системы тесно или слабо связаны с внешней средой — открытые. Если временный разрыв или изменение характерных внешних связей не вызывает отклонения в функционировании системы сверх установленных заранее пределов, то система связана с внешней средой слабо. В противном случае — тесно.

Комбинированные системы содержат открытые и закрытые подсистемы. Наличие комбинированных систем свидетельствует о сложной комбинации открытой и закрытой подсистем.

В зависимости от структуры и пространственно-временных свойств системы делятся на простые, сложные и большие.

Простые — системы, не имеющие разветвленных структур, состоящие из небольшого количества взаимосвязей и небольшого количества элементов. Такие элементы служат для выполнения простейших функций, в них нельзя выделить иерархические уровни. Отличительной особенностью простых систем является детерминированность (четкая определенность) номенклатуры, числа элементов и связей как внутри системы, так и со средой.

Сложные — характеризуются большим числом элементов и внутренних связей, их неоднородностью и разнокачественностью, структурным разнообразием, выполняют сложную функцию или ряд функций. Компоненты сложных систем могут рассматриваться как подсистемы, каждая из которых может быть детализирована еще более простыми подсистемами и т.д. до тех пор, пока не будет получен элемент.

Определение N1: система называется сложной (с гносеологических позиций), если ее познание требует совместного привлечения многих моделей теорий, а в некоторых случаях многих научных дисциплин, а также учета неопределенности вероятностного и невероятностного характера. Наиболее характерным проявлением этого определения является многомодельность.

Модель — некоторая система, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе. Это описание систем (математическое, вербальное и т.д.) отображающее определенную группу ее свойств.

Определение N2: систему называют сложной если в реальной действительности рельефно (существенно) проявляются признаки ее сложности. А именно:

1. структурная сложность — определяется по числу элементов системы, числу и разнообразию типов связей между ними, количеству иерархических уровней и общему числу подсистем системы. Основными типами считаются следующие виды связей: структурные (в том числе, иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные), информационные, пространственно-временные;
2. сложность функционирования (поведения) — определяется характеристиками множества состояний, правилами перехода из состояния в состояние, воздействие системы на среду и среды на систему, степенью неопределенности перечисленных характеристик и правил;
3. сложность выбора поведения — в многоальтернативных ситуациях, когда выбор поведения определяется целью системы, гибкостью реакций на заранее неизвестные воздействия среды;
4. сложность развития — определяемая характеристиками эволюционных или скачкообразных процессов.

Естественно, что все признаки рассматриваются во взаимосвязи. Иерархическое построение — характерный признак сложных систем, при этом уровни иерархии могут быть как однородные, так и неоднородные. Для сложных систем присущи такие факторы, как невозможность предсказать их поведение, то есть слабо предсказуемость, их скрытность, разнообразные состояния.

Сложные системы можно подразделить на следующие факторные подсистемы:

1. решающую, которая принимает глобальные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания между всеми другим подсистемами;
2. информационную, которая обеспечивает сбор, переработку и передачу информации, необходимой для принятия глобальных решений и выполнения локальны задач;
3. управляющую для реализации глобальных решений;
4. гомеостазную, поддерживающую динамическое равновесие внутри систем и регулирующую потоки энергии и вещества в подсистемах;
5. адаптивную, накапливающую опыт в процессе обучения для улучшения структуры и функций системы.

Большой системой называют систему, ненаблюдаемую одновременно с позиции одного наблюдателя во времени или в пространстве, для которой существенен пространственный фактор, число подсистем которой очень велико, а состав разнороден.

Система может быть и большой и сложной. Сложные системы объединяет более обширную группу систем, то есть большие — подкласс сложных систем.

Основополагающими при анализе и синтезе больших и сложных систем являются процедуры декомпозиции и агрегирования.

Декомпозиция — разделение систем на части, с последующим самостоятельным рассмотрением отдельных частей.

Очевидно, что декомпозиция представляют собой понятие, связанное с моделью, так как сама система не может быть расчленена без нарушений свойств. На уровне моделирования, разрозненные связи заменятся соответственно эквивалентами, либо модели систем строится так, что разложение ее на отдельные части при этом оказывается естественным.

Применительно к большим и сложным системам декомпозиция является мощным инструментом исследования.

Агрегирование является понятием, противоположным декомпозиции. В процессе исследования возникает необходимость объединения элементов системы с целью рассмотреть ее с более общих позиций.

Декомпозиция и агрегирование представляют собой две противоположные стороны подхода к рассмотрению больших и сложных систем, применяемые в диалектическом единстве.

Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого последующего момента времени, называются детерминированными.

Стохастические системы — системы, изменения в которых носят случайный характер. При случайных воздействиях данных о состоянии системы недостаточно для предсказания в последующий момент времени.

По степени организованности: хорошо организованные, плохо организованные (диффузные).

Представить анализируемый объект или процесс в виде хорошо организованной системы означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т. п.).

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадекватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы. При представлении объекта в виде плохо организованной или диффузной системы не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенной с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т. д.

С точки зрения характера функций различаются специальные, многофункциональные, и универсальные системы.

Для специальных систем характерна единственность назначения и узкая профессиональная специализация обслуживающего персонала (сравнительно несложная).

Многофункциональные системы позволяют реализовать на одной и той же структуре несколько функций. Пример: производственная система, обеспечивающая выпуск различной продукции в пределах определенной номенклатуры.

Для универсальных систем: реализуется множество действий на одной и той же структуре, однако состав функций по виду и количеству менее однороден (менее определен). Например, комбайн.

По характеру развития 2 класса систем: стабильные и развивающиеся.

У стабильной системы структура и функции практически не изменяются в течение всего периода ее существования и, как правило, качество функционирования стабильных систем по мере изнашивания их элементов только ухудшается. Восстановительные мероприятия обычно могут лишь снизить темп ухудшения.

Отличной особенностью развивающихся систем является то, что с течением времени их структура и функции приобретают существенные изменения. Функции системы более постоянны, хотя часто и они видоизменяются. Практически неизменными остается лишь их назначение. Развивающиеся системы имеют более высокую сложность.

В порядке усложнения поведения: автоматические, решающие, самоорганизующиеся, предвидящие, превращающиеся.

Автоматические: однозначно реагируют на ограниченный набор внешних воздействий, внутренняя их организация приспособлена к переходу в равновесное состояние при выводе из него (гомеостаз).

Решающие: имеют постоянные критерии различения их постоянной реакции на широкие классы внешних воздействий. Постоянство внутренней структуры поддерживается заменой вышедших из строя элементов.

Самоорганизующиеся: имеют гибкие критерии различения и гибкие реакции на внешние воздействия, приспосабливающиеся к различным типам воздействия. Устойчивость внутренней структуры высших форм таких систем обеспечивается постоянным самовоспроизводством.

Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т.е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

Если устойчивость по своей сложности начинает превосходить сложные воздействия внешнего мира — это предвидящие системы: она может предвидеть дальнейший ход взаимодействия.

Превращающиеся — это воображаемые сложные системы на высшем уровне сложности, не связанные постоянством существующих носителей. Они могут менять вещественные носители, сохраняя свою индивидуальность. Науке примеры таких систем пока не известны.

Систему можно разделить на виды по признакам структуры их построения и значимости той роли, которую играют в них отдельные составные части в сравнение с ролями других частей.

В некоторых системах одной из частей может принадлежать доминирующая роль (ее значимость >> (символ отношения «значительного превосходства») значимость других частей). Такой компонент — будет выступать как центральный, определяющий функционирование всей системы. Такие системы называют централизованными.

В других системах все составляющие их компоненты примерно одинаково значимы. Структурно они расположены не вокруг некоторого централизованного компонента, а взаимосвязаны последовательно или параллельно и имеют примерно одинаковые значения для функционирования системы. Это децентрализованные системы.

Системы можно классифицировать по назначению. Среди технических и организационных систем выделяют: производящие, управляющие, обслуживающие.

В производящих системах реализуются процессы получения некоторых продуктов или услуг. Они в свою очередь делятся на вещественно-энергетические, в которых осуществляется преобразование природной среды или сырья в конечный продукт вещественной или энергетической природы, либо транспортирование такого рода продуктов; и информационные — для сбора, передачи и преобразования информации и предоставление информационных услуг.

Назначение управляющих систем — организация и управление вещественно-энергетическими и информационными процессами.

Обслуживающие системы занимаются поддержкой заданных пределов работоспособности производящих и управляющих систем.

Понятие «система» распространено достаточно широко. Мы говорим: система образования, система здравоохранения, экологическая система, транспортная система, система кровоснабжения, биологическая система и т.д.

Любое определение должно выделять и обобщать некоторые особенные черты и характеристики объекта, с одной стороны, и отделять его от смежных понятий, с другой. Определения могут раскрывать понятие с различных сторон, с различной глубиной и конкретизацией. Основная задача при этом, чтобы они не противоречили, а дополняли друг друга.

Приведем некоторые определения понятия «система», различных по объему, содержанию, раскрывающее его с разных направлений. При этом принцип их «непротиворечивости» выполняется.

Опр. 1. Система – комплекс взаимодействующих элементов.

Опр. 2. Система – обособленная сознанием часть реальности, элементы (части) которой обнаруживают свою общность в процессе взаимодействия между собой и/или с окружающей средой.

Опр. 3. Система – совокупность взаимосвязанных, взаимозависимых элементов (подсистем), обладающая свойствами целостности, целесообразности и открытости.

Организации считаются открытыми системами, потому что они динамично взаимодействуют с внешней средой.

Опр. 4. Система – единство, состоящее из взаимозависимых частей, каждая из которых привносит что-то конкретное в уникальные характеристики целого.

Опр. 5. Система – совокупность элементов взаимосвязанность и упорядоченность которых позволяет рассматривать ее как целостность.

Опр. 6. Система – это целое, созданное из частей и элементов, взаимодействующих между собой, для целенаправленной деятельности.

Опр. 7. Система как «черный ящик » – это: «вход» – «процесс» – «выход» – «обратная связь» и «ограничения».

При выборе определения, на наш взгляд, следует исходить из следующего. Всегда брать наиболее короткое, отражающее ядро понятия («что есть что»), а потом расширять его при изучении других более широких, емких и содержательных.

В нашем случае, можно сказать, что ядро определения следующее: «система – это комплекс взаимосвязанных элементов».

Более широкое определение будет раскрывать характеристики этого «комплекса»: «взаимосвязанные, взаимозависимые, образующие целостность, взаимодействующие с внешней средой» и т.д.

Аналогично можно привести примеры других «кратких» определений:

- управление – этовоздействие (…научно обоснованное, непрерывное, властное, осуществляемое в правовой форме и направленное на организацию и регулирование деятельности людей, коллектива, общества);

- решение – это выбор альтернатив(…это сложный логико-мыслительный, эмоционально психологический и интеллектуально-правовой выполняемый субъектом в пределах своих полномочий по достижению поставленной цели).

В конечном итоге запоминать следует наиболее близкое понятие, которое можно воспринять и достаточно при рассмотрении того или иного вопроса.

Элемент – часть системы - минимально целая часть системы, которая функционально способна отразить некоторые общие закономерности системы в целом. Кроме того, субъект сам может определять «минимальность», как достаточную часть системы, удовлетворяющую познавательной и преобразовательной потребности субъекта.

Связи – взаимоотношения между элементами, проявляющиеся в обмене энергией, информацией, ресурсами. Связи формируют структуру системы.

Процессы – изменения во времени количественных и качественных характеристик, проходящих в элементах и связях.

Свойства – совокупность параметров, характеризующих систему в целом.

Отметим, любая система представляет собой «элемент» системы более высокого порядка («надсистемы»), а ее элементы, в свою очередь, выступают в роли систем более низкого порядка («подсистемы»).

В наиболее общем виде любая реальная система может проявить свою сущность и смысл как целостная совокупность (система) четырех подсистем:

- элементов (элементы, связи, структуры, законы организации);

- процессов (процессы, состояния, факторы, законы изменения);

- знаний (язык, информация, память, законы интерпретации);

- ценностей (ценности, цели, отображения, принципы бытия).

Понятие «система» применяется для изучения того, насколько свойства элементов и связи, взаимоотношения между ними влияют на свойства системы в целом и, напротив, как системные качества сказываются на характере взаимоотношений и свойствах, включенных в систему элементов.

Поясним это образным «доказательством»:

«Одна овца все стадо портит», «На жару и сырая головешка горит», «С волками жить – по волчьи выть» «Не ходи со своим уставом в чужой монастырь», «Один с сошкой, а семеро с ложкой», «Ложка дегтя в бочке с медом».

Другие примеры:

1. Графит в карандаше, элементом которого является углерод. Изменим не элементы, а только связи между элементами – и можем получить алмаз. Здесь элементы – одинаковые (углерод); связи – разные. Свойства этих веществ будут разные (твердость).

2. Формула воды – Н 2 О. Однако она в зависимости от внешних процессов может находиться в разных состояниях при изменении связей: туман – роса – лед. Свойства каждого состояния разные.

3. Для иллюстрации на образно-бытовом уровне можно рассмотреть и такой пример, как приготовление щей («принцип котелка»). Элементы системы: капуста, картошка, мясо, соль, вода, кастрюля, огонь. Связи: механические (ограничены кастрюлей), частично химические (соль растворяется в холодной воде). Процессы (температурная обработка) – в каждом элементе проходят свои процессы и за свое время (мясо варится дольше). Свойства: вкус, прозрачность и т.д. Роль каждого элемента можно показать так. Если в систему не включим (пропустим, забудем) один из них (мясо), то свойства (вкус) системы будет другим. Или изменим только один элемент «соль» и получим: «недосол - на столе, пересол – на спине».

Из этих «образов» выходим на понятие «приятие решений»: знание состава элементов системы, свойств каждого элемента при определенных условиях позволяет принять верное решение при воздействии на систему (в нашем примере: что и в какой последовательности закладывать в кастрюлю, чтобы получить лучший результат).

Использование приведенных образных примеров позволит, на наш взгляд, лучше запомнить материал. Прием не является новым. В школе, на уроке физики, при изучении спектра дневного света запоминают фразу: «К аждый о хотник ж елает з нать, г де с идят ф азаны» (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый); на уроках по геометрии проводится свой образ: «Пифагоровы штаны – во все стороны равны», на уроках литературы: «то-либо-нибудь» - черточку не позабудь» и т.д.

Итак, мы ввели понятие «системы» и дали ее образное представление на примерах.

Большую ценность представляет выделение структурного и функционального аспектов системы с последующим рассмотрением взаимодействия этих планов.

Структура системы отражает единство отношений, связей и элементов, выделяемое на основании принципов сохранности и инвариантности (неизменности).

Функциональный аспект системы составляет ее содержательную характеристику, выражает, в отличие от структурного, менее устойчивые свойства системы.

В наших рассуждениях под «системой» будем понимать совокупностьэлементов, связей между этими элементами, процессов, проходящих как в самих элементах, так и в связях и свойств,которыми обладает любая система.

Структурные элементы системы можно представить на рисунке следующим образом:

Структурные элементы системы

Используя «воронку сворачивания информации», сведем материал данного раздела в «Плакат 1»

Определения системы

Существует по меньшей мере несколько десятков различных определений понятия «система», используемых в зависимости от контекста, области знаний и целей исследования. Основной фактор, влияющий на различие в определениях, состоит в том, что в использовании понятия «система» есть двойственность: с одной стороны оно используется для обозначения объективно существующих феноменов, а с другой стороны - как метод изучения и представления феноменов, то есть как субъективная модель реальности.

В связи с этой двойственностью авторы определений различают по меньшей мере два аспекта: как отличить системный объект от несистемного и как построить систему путём выделения её из окружающей среды. На основе первого подхода даётся дескриптивное (описательное) определение системы, на основе второго - конструктивное, иногда они сочетаются. Подходы к определению системы также предлагают делить на онтологический (соответствует дескриптивному), гносеологический и методологический (последние два соответствуют конструктивному).

Так, данное в преамбуле определение из БРЭС является типичным дескриптивным определением.

Примеры дескриптивных определений:

Примеры конструктивных определений:

Таким образом, главное отличие конструктивных определений состоит в наличии цели существования или изучения системы с точки зрения наблюдателя или исследователя , который при этом явно или неявно вводится в определение.

Свойства систем

Общие для всех систем

Классификации систем

Практически в каждом издании по теории систем и системному анализу обсуждается вопрос о классификации систем, при этом наибольшее разнообразие точек зрения наблюдается при классификации сложных систем . Большинство классификаций являются произвольными (эмпирическими), то есть их авторами просто перечисляются некоторые виды систем, существенные с точки зрения решаемых задач, а вопросы о принципах выбора признаков (оснований) деления систем и полноте классификации при этом даже не ставятся .

Классификации осуществляются по предметному или по категориальному принципу.

Предметный принцип классификации состоит в выделении основных видов конкретных систем, существующих в природе и обществе, с учётом вида отображаемого объекта (технические, биологические, экономические и т. п.) или с учётом вида научного направления, используемого для моделирования (математические, физические, химические и др.).

При категориальной классификации системы разделяются по общим характеристикам, присущим любым системам независимо от их материального воплощения . Наиболее часто рассматриваются следующие категориальные характеристики:

Одна из известных эмпирических классификаций предложена Ст. Биром . В её основе лежит сочетание степени детерминированности системы и уровня её сложности:

Системы	Простые (состоящие из небольшого числа элементов)	Сложные (достаточно разветвленные, но поддающиеся описанию)	Очень сложные (не поддающиеся точному и подробному описанию)
Детерминированные	Оконная задвижка Проект механических мастерских	Компьютер Автоматизация
Вероятностные	Подбрасывание монеты Движение медузы Статистический контроль качества продукции	Хранение запасов Условные рефлексы Прибыль промышленного предприятия	Экономика Мозг Фирма

Несмотря на явную практическую ценность классификации Ст. Бира отмечаются и её недостатки. Во-первых, критерии выделения типов систем не определены однозначно. Например, выделяя сложные и очень сложные системы, автор не указывает, относительно каких именно средств и целей определяется возможность и невозможность точного и подробного описания. Во-вторых, не показывается, для решения каких именно задач оказывается необходимым и достаточным знание именно предложенных типов систем. Такие замечания в сущности характерны для всех произвольных классификаций .

Помимо произвольных (эмпирических) подходов к классификации существует и логико-теоретический подход, при котором признаки (основания) деления пытаются логически вывести из определения системы. В данном подходе множество выделяемых типов систем потенциально неограниченно, порождая вопрос о том, хотя каков объективный критерий для выделения из бесконечного множества возможностей наиболее подходящих типов систем .

В качестве примера логического подхода можно сослаться на предложение А. И. Уёмова на основе его определения системы, включающего «вещи», «свойства» и «отношения» строить классификации систем на основе «типов вещей» (элементов, из которых состоит система), «свойств» и «отношений», характеризующих системы различного вида .

Предлагаются и комбинированные (гибридные) подходы, которые призваны преодолеть недостатки обоих подходов (эмпирического и логического). В частности, В. Н. Сагатовский предложил следующий принцип классификации систем. Все системы делятся на разные типы в зависимости от характера их основных компонентов. При этом каждый из указанных компонентов оценивается с точки зрения определенного набора категориальных характеристик. В результате из полученной классификации выделяются те типы систем, знание которых наиболее важно с точки зрения определенной задачи .

Классификация систем В. Н. Сагатовского:

Категориальные характеристики	Свойства	Элементы	Отношения
Моно
Поли
Статические
Динамические (функционирующие)
Открытые
Закрытые
Детерминированные
Вероятностные
Простые
Сложные

Закон необходимости разнообразия (закон Эшби)

При создании проблеморазрешающей системы необходимо, чтобы эта система имела большее разнообразие, чем разнообразие решаемой проблемы, или была способна создать такое разнообразие. Иначе говоря, система должна обладать возможностью изменять своё состояние в ответ на возможное возмущение; разнообразие возмущений требует соответствующего ему разнообразия возможных состояний. В противном случае такая система не сможет отвечать задачам управления, выдвигаемым внешней средой, и будет малоэффективной. Отсутствие или недостаточность разнообразия могут свидетельствовать о нарушении целостности подсистем, составляющих данную систему.

Примечания

1. Система // Большой Российский энциклопедический словарь. - М.: БРЭ. - 2003, с. 1437
2. В. К. Батоврин. Толковый словарь по системной и программной инженерии. - М.:ДМК Пресс. - 2012 г. - 280 с. ISBN 978-5-94074-818-2
3. Агошкова Е.Б., Ахлибининский Б.В. Эволюция понятия системы // Вопросы философии. - 1998. - №7. С.170-179
4. Берталанфи Л. фон. Общая теория систем – критический обзор //Исследования по общей теории систем: Сборник переводов / Общ. ред. и вст. ст. В. Н. Садовского и Э. Г. Юдина. – М.: Прогресс, 1969. С. 23–82.
5. ГОСТ Р ИСО МЭК 15288-2005 Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем (аналог ISO/IEC 15288:2002 System engineering - System life cycle processes)
6. Сагатовский В. Н. Основы систематизации всеобщих категорий. Томск. 1973

См. также

Литература

• Берталанфи Л. фон. История и статус общей теории систем // Системные исследования. - М .: Наука , 1973.
• Бир Ст. Кибернетика и управление производством = Cybernetics and Management. - 2. - М .: Наука , 1965.
• Волкова В. Н., Денисов А. А. Теория систем: учебное пособие. - М .: Высшая школа, 2006. - 511 с. - ISBN 5-06-005550-7
• Кориков А.М., Павлов С.Н. Теория систем и системный анализ: учеб. пособие. - 2. - Томск: Томс. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2008. - 264 с. - ISBN 978-5-86889-478-7
• Месарович М., Такахара И. Общая теория систем: математические основы. - М .: Мир , 1978. - 311 с.
• Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. - М .: Высшая школа, 1989.
• Уёмов А. И. Системный подход и общая теория систем. - М .: Мысль , 1978. - 272 с.
• Черняк Ю. И. Системный анализ в управлении экономикой. - М .: Экономика , 1975. - 191 с.
• Эшби У. Р. Введение в кибернетику. - 2. - М .: КомКнига, 2005. - 432 с. - ISBN 5-484-00031-9

Ссылки

• Петров В. История разработки законов развития технических систем (2002).
• Гринь А. В. Системные принципы организации объективной реальности / А. В. Гринь. - Москва: Московский государственный университет печати, 2000. - 300 с. - ISBN 5-8122-0200-1 . http://www.i-u.ru/biblio/archive/grin_sistemnie/02.aspx

Wikimedia Foundation . 2010 .

Лекции по дисциплине «Математические основы теории систем» Лекция №2 стр. 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМА. РАЗВИТИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМЫ.

ЦЕЛЬ: Дать определение понятия « система», рассказать о развитии этого определения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ

СИСТЕМА есть совокупность элементов (подсистем). При определенных условиях элементы сами могут рассматриваться как системы, а исследуемая система – как элемент более сложной системы:

связи между элементами в системе превосходят по силе связи этих элементов с элементами, не входящими в систему. Это свойство позволяет выделить систему из среды;

для любой системы характерно существование интегративных качеств (свойство эмерджентности ), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному ее элементу в отдельности: систему нельзя сводить к простой совокупности элементов;

система всегда имеет цели, для которых она функционирует и существует.

Эмерджентность (англ. emergence - возникновение, появление нового) втеории систем - наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним - «системный эффект».

В биологии иэкологии понятие эмерджентности можно выразить так: одно дерево - не лес, скопление отдельных клеток - не организм. Например, свойства биологическоговида или биологическойпопуляции не представляют собой свойства отдельных особей, понятиярождаемость ,смертность , неприменимы к отдельной особи, но применимы к популяции или виду в целом.

В эволюционистике выражается как возникновение новых функциональных единиц системы, которые не сводятся к простым перестановкам уже имевшихся элементов.

В почвоведении : эмерджентным свойством почвы являетсяплодородие .

В классификации систем эмерджентность может являться основой их систематики как критериальный признак системы.

На протяжении относительно короткой истории становления теории систем и системного анализа представления о системах и закономерностях их построения, функционирования и развития неоднократно уточнялись и переосмысливались.

Термин система используют в тех случаях, когда хотят охарактеризовать исследуемый или проектируемый объект как нечто целое (единое), сложное, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически или описав математическим выражением (формулой, уравнением и т. п.).

Существует несколько десятков определения этого понятия. Их анализ показывает, что определение понятия система изменялось не только по форме, но и по содержанию.

Рассмотрим основные и принципиальные изменения, которые происходили с определением системы по мере развития теории систем и использования этого понятия на практике.

В первых определениях в той или ИНОЙ форме говорилось о том, что система – это элементы (части, компоненты) a i , и связи (отношения) r j между ними:

Где
,

(1.1)

В приведенных формализованных записях определения использованы различные способы теоретико-множественных представлений: в первых двух - используются различные способы задания множеств и не учитываются взаимоотношения между множествами элементов и связей; в третьем - отражен тот факт, что система это не простая совокупность элементов и связей того или иного вида, а включает только те элементы и связи, которые находятся в области пересечения (&) друг с другом (рис. 1.1).

Так Карл Людвиг фон Берталанфи определял систему как «комплекс взаимосвязанных компонентов» или как «совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой».

В большой Советской энциклопедии система определяется прямым переводом с греческого «Σύστημα», что означает «состав», т.е. составленное, соединенное из частей .

Карл Людвиг фон Берталанфи (англ. Ludwig von Bertalanffy ; 19 сентября 1901 , Вена - 12 июня 1972 , Нью-Йорк ) - австрийский биолог, постоянно проживавший в Канаде и США с 1949 года. Первооснователь обобщённой системной концепции под названием «Общая теория систем ». Постановщик системных задач - прежде всего, в сфере разработки математического аппарата описания типологически несходных систем. Исследователь изоморфизма законов в различных сегментах научного знания.

Сам фон Берталанфи описывает происхождение общей теории систем как результат конфликта между механицизмом и витализмом . Обе точки зрения были для него неприемлемы: первая - как тривиальная, вторая - как вообще антинаучная.

«В этих условиях я был вынужден стать защитником так называемой организмической точки зрения. Суть этой концепции можно выразить в одном предложении следующим образом: организмы суть организованные явления, и мы, биологи, должны проанализировать их в этом аспекте. ... Одним из результатов, полученных мною, оказалась так называемая теория открытых систем и состояний подвижного равновесия, которая, по существу, является расширением обычной физической химии, кинетики и термодинамики. Оказалось, однако, что я не смог остановиться на однажды избранном пути и был вынужден прийти к ещё большей генерализации, которую я назвал общей теорией систем. Эта идея относится к весьма давнему времени - я выдвинул её впервые в 1937 году на семинаре по философии, проходившем под руководством Чарлза Морриса в Чикагском университете. Но в то время теоретическое знание, как таковое, пользовалось плохой репутацией в биологии, и я опасался того, что математик Гаусс однажды называл «крикливостью, или Boeotians». Поэтому я спрятал свои наброски в ящик стола, и только после войны впервые появились мои публикации по этой теме.»

Отметим, что термины "элементы" - "компоненты", "связи" - "отношения" обычно используются (особенно в переводах определений) как синонимы. Однако, строго говоря, "компоненты" - понятие более общее, чем "элементы", может означать совокупность элементов; относительно понятий "связь" и "отношение" существуют разные точки зрения, что будет подробнее рассмотрено.

Если известно, что элементы принципиально неоднородны, то это можно сразу учесть в определении, выделив разные множества элементов
и
:

(1а)

В определении М.Месаровича, например, выделены множество X входных объектов (воздействующих на систему) и множество Y выходных результатов, а между ними обобщающее отношение пересечения, что можно отобразить либо как у автора определения:

,
(1.1б)

либо используя другие обозначения пересечения:

,
(1.1в)

Если какой-то вид отношений r l применяется только к элементам разных множеств и не используется внутри каждого из них, то это можно отразить следующим образом:

, (1.1г)

где
- элементы новой системы, образованные из исходных множествA иB (такого рода форма записи в математической лингвистике называется синтагмой).

Для уточнения элементов и связей в определения включают свойства . Так, в определении А.Холла свойства (атрибуты Q A дополняют понятие элемента (предмета):

S ≡ A , R>. (l.1д)

А.И.Уёмов, определяя систему через понятия "вещи" , "свойства" , "отношения" , предложил двойственные определения, в одном из которых свойства q i характеризуют элементы (вещи ) а i , а в другом - свойства q i характеризуют связи (отношения ) r j :

,

.

В работах А.И.Уёмова принята другая символика. В целях единообразия здесь использована обычная теоретико-множественная форма представления определений, которая несколько сужает трактовку этих определении в философской концепции А.И Уёмова, но облегчает интерпретацию их в практических приложениях. Двойственные определения (1.1е)используются при разработке одной из методик структуризации целей.

Затем в определениях системы появляется понятие цель . Вначале - в неявном виде: в определении Ф.Е.Темникова "система - организованное множество" (в котором цель появляется при раскрытии понятия организованное ); в философском словаре система - "совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих некоторое целостное единство” . Потом - в виде конечного результата, системообразующего критерия, функции (см. определения В.И.Вернадского, У.Р.Гибсона, П.К. Анохина, М.Г.Гаазе-Рапопорта), а позднее - и с явным упоминанием о цели.

Символически эту группу определений представим следующим образом:

. (1.2)

где Z - цель, совокупность или структура целей.

В некоторых определениях уточняются условия целеобразования - среда SR , интервал времени  , , т. е. период, в рамках которого будет существовать система и ее цели, что сделано, например, в определении В.Н.Сагатовского, которое также будет положено в основу одной из методик структуризации целей: система "конечное множество функциональных элементов и отношений между ними, выделенное из среды в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала" :

. (1.2а)

Далее, в определение системы начинают включать, наряду с элементами, связями и целями, наблюдателя N , т. е. лицо, представляющее объект или процесс в виде системы при их исследовании или принятии решения:

. (1.3)

На необходимость учета взаимодействия между изучаемой системой и исследователем указывал еще У.Р.Эшби. Но первое определение, в котором явно включен наблюдатель, дал Ю.И. Черняк: "Система есть отражение в сознании субъекта (исследователя, наблюдателя) свойств объектов и их отношений в решении задачи исследования, познания"

.(1.3а)

В последующих вариантах этого определения Ю.И. Черняк стал учитывать и язык наблюдателя L N , начиная с этого определения: "Система есть отображение на языке наблюдателя (исследователя, конструктора) объектов, отношений и их свойств в решении задачи исследования, познания"

.(1.3б)

В определениях системы бывает и большее число составляющих что связано с необходимостью дифференциации в конкретных условиях видов элементов, связей и т.д.

Сопоставляя эволюцию определения системы (элементы и связи , затем - цель , затем - наблюдатель ) и эволюцию использования категорий теории познания в исследовательской деятельности, можно обнаружить сходство: вначале модели (особенно формальные) базировались на учете только элементов и связей , взаимодействий между ними, затем - стало уделяться внимание цели , поиску методов ее формализованного представления (целевая функция, критерий функционирования и т. п.), а, начиная с 60-х гг. все большее внимание обращают на наблюдател я , лицо, осуществляющее моделирование или проводящее эксперимент (даже в физике), т. е. лицо, принимающее решение.

СЛОЖНАЯ И БОЛЬШАЯ СИСТЕМА

Одной из характерных тенденций развития общества в настоящее время является появление больших чрезвычайно сложных систем (крупные автоматизированные, технологические, энергетические, гидротехнические, информационные и другие комплексы). С другой стороны стремление познать мир обитания человечества как сложную многофункциональную систему стало реальностью сегодняшнего дня.

Все это привело к необходимости определить понятие сложной системы , разработать методические принципы ее исследования, управления и проектирования.

В настоящее время однозначного, четкого определения сложной системы нет. Известны различные подходы и предложены различные формальные признаки ее определения. Так, советский ученый Г.Н. Поворов предлагает относить к сложным системы имеющие 10 4 - 10 7 элементов; к ультросложным - системы, состоящие из 10 7 -10 30 элементов; и к суперсистемам – системы из 10 30 -10 200 элементов.

Такой подход имеет тот недостаток, что данное определение сложности является относительным, а не абсолютным.

Английский кибернетик С. Бир предлагает к сложным относить системы, описываемые на языке теоретико-вероятностных методов (мозг, экономика, форма и т.п.).

Определение:

Сложной системой называется система, в модели которой недостаточно информации для эффективного управления этой системой.

Таким образом, признаком простоты системы является достаточность информации для ее управления. Если же результат управления, полученный с помощью модели, будет неожиданным, то такую систему относят к сложной.

Для перевода системы в разряд простой необходимо получение недостающей информации о ней и включение ее в модель.

От сложных систем необходимо отличать большие системы .

Определение:

Система , для актуализации модели которой в целях управления недостает материальных ресурсов (машинного времени, емкости памяти, других материальных средств моделирования) называется большой .

К таким системам относятся экономические, организационно-управленческие, нейрофизиологические, биологические и т.п. системы.

Способом перевода больших систем в простые является создание новых более мощных средств вычислительной техники.

1. Системы систем -- это направление системной инженерии, занимающееся инженерией систем, отдельные части которых могут существовать автономно, были разработаны независимо друг от друга, и тем самым представляют собой полноценную целевую систему. Тем не менее, из этих автономных и независимых систем (кому-то) хочется сделать систему с эмерджентными свойствами.

2. Примеры, из-за которых пришлось вводить понятие системы систем:
а) телекоммуникационные системы ("сети сетей"), прежде всего интернет.
б) мультимодальные транспортные системы
в) обеспечивающие системы ("расширенное предприятие") в любом большом проекте системной инженерии
г) всякие взаимодействия родов войск в театре военных действий
д) любая организационная система (с быстрым проскоком всех уровней от "группы людей" до "общества в целом" и выхода на сплошную гуманитарщину безо всякой инженерии -- но с некоторыми особенностями, см. пункт 10). Тем самым в подходе "инженерии системы систем" можно рассматривать инженерию обеспечивающей системы проекта системной инженерии (см. пункт 11), реинжиниринг (или даже инжиниринг, в системах систем эти границы зыбки) какого-нибудь промышленного холдинга, тимбилдинг, создание страновых блоков, образование картелей, функционирование консорциумов, государственное строительство и т.д.. Как всегда в случае пересечения инженерных технологий и систем из (в конечном итоге) людей, делаю оговорку о безопасности (см. также пункт 10в).

3. Основная проблема в том, что для так определенной системы не подходят традиционные методы системной инженерии:
а) системы (подсистемы целевой системы) не нужно проектировать, закупать и т.д.. Они, как правило, уже есть -- уж какие есть.
б) совсем необязательно системный инженер (в том числе архитектор) имеет влияние на владельцев систем-составляющих. Его могут слушать, а также могут и не слушать.
в) поскольку автономные системы обычно должны продолжать работать, а "составлять из себя новую систему" у них является лишь дополнительной функцией к их основным функциям, то нельзя "все остановить, создать и отладить систему, а затем запустить в работу заново". Приходится править на ходу, согласовывая тщательно небольшие изменения (отсюда практически консенсус: говорят не столько о стадийном жизненном цикле, сколько об "эволюции", "инкрементальных изменениях", "мониторинге изменений"). Более того, править каждую систему, скорее всего, будет персонал этой системы-составляющей -- а не сотрудники целевой системы систем, у которой часто и персонала-то нет.
г) особо нужно отметить, что заказ на систему систем осуществляется в терминах capabilities (возможностей), а не functions (функций каких-то систем). То есть заказчики пытаются купить возможность что-то достичь, а не собственно системы. Системы уже давно куплены, существуют, у них есть владельцы и все необходимые функции. Но нужно достичь возможности что-то этим системам совместно сделать, тогда и говорят о системе систем.
Capabilities формулируются как "данная система должна обеспечивать возможность [и далее хотя бы один глагол того действия, которое она должна давать возможность сделать]".
д) системы систем появляются там и тогда, где у отдельных систем разные собственники, и для их совместной работы нужно устраивать переговорный процесс (по теории речевых актов Хабермаса иметь два уровня: дискурса с договоркой о протоколе взаимодействия и затем следование протоколу взаимодействия с регулярным вываливанием в дискурс в случае неработы этого протокола). В частности, собственники системы вряд ли строят свои системы на базе какой-то общей онтологии: у них своя (по типу) деятельность, и поэтому с необходимостью используется разная онтология (то есть их взгляды на мир отнюдь не разные группы описаний одной архитектуры! Ведь общей архитектуры у составляющих систем без системы систем по определению нет! Тем самым для описания системы систем нам нужно применять хитрое семантическое моделирование -- мы не можем гарантировать парадигмальную единообразность описания при декомпозиции, причем эта неоднородность совсем другого сорта, чем парадигмальное разнообразие при описании со сменой метода описаний (viewpoint) при сдвижке от стейкхолдера к стейхолдеру: для каждой составляющей системы в SoS меняется весь набор заинтересованных сторон и предпочитаемые ими языки и нотации! Так что "традиционная" моделеориентированная инженерия требований тут будет тоже хромать.

4. В литературе рассматриваются самые разные варианты появления заинтересованных в системе систем сторон: кто-то один с деньгами или без, несколько в разном заинтересованных сторон с деньгами и без, а также ситуации, когда в число этих сторон входят или не входят владельцы составляющих системы. Тем самым разговор о системе систем возникает каждый раз, когда речь идет о социотехнической системе.

5. В программировании, моделировании все чаще говорят о программировании и моделировании-в-большом, когда нужно сделать большую программную систему из разных компонент, работающих на разных компьютерах. Теория этого in-the-lagre только-только появляется, в жизни основные проблемы переходят туда (вместо программирования отдельных коротких автономных программ все чаще приходится программировать связки между такими программами). Более того, все чаще говорят, что "все, что могли, уже автоматизировали -- и теперь стоит задача интеграции островков автоматизации". Greenfield программирование перешло в brownfield. Вот ровно то же самое обсуждается для системы систем. Отличие в том, что составляющие системы с системе систем -- акторы (т.е. обладают собственным поведением). Если продолжить программистские аналогии, то разница между "системами систем" и "просто системами" как между Smalltalk-71 и Smalltalk-80 -- а именно, встроенным в них акторским пониманием. "Просто системы" -- это объект-ориентированный подход с пассивными объектами, которые "не могут ослушаться", а системы систем -- это акторы, которые работают асинхронно и автономно, и требуют для своей организации совсем другого отношения (парадигмы программирования), нежели объекты. Отсюда забавные следствия для объект-ориентированного моделирования (например, SysML/UML): поскольку оно не актор-ориентированное, то для описания архитектуры системы систем нужно как минимум менять язык моделеориентированной системной инженерии! С UML/SysML-диаграммами в системах систем делать нечего, хотя таких работ огромное количество.

6. Тема системы систем -- самая главная сейчас тема в западных военных закупках. Ибо оружия уже накуплено столько, что можно убить всех (на глобусе, а не только в стане потенциального противника) тысячу раз. Систем разведки уже есть столько, что можно разведать все и еще чуть-чуть. Транпорта хоть отбавляй. Единственная задача: нужно, чтобы все это как-то работало вместе -- договариваясь о целях, средствах, времени нанесения ударов, понимая последствия, оценивая риски, помогая друг другу. А вместе все современные военные системы не работают, и как этого добиться без совместного проектирования заново всех уже имеющихся систем, в общем случае непонятно. Поэтому военные сильно вкладываются в проблематику системы систем -- навязывая свою терминологию, засоряя Сеть своими "писанными кровью" уставами инженерии систем систем, и "просто систем" с обязательным добавлением туда случаев системы систем (http://www.acq.osd.mil/se/docs/SE-Guide-for-SoS.pdf , http://www.ndia.org/Divisions/Divisions/SystemsEngineering/Documents/Committees/Mission%20Analysis%20Committee/Support%20Documentation/Early%20Systems%20Engineering%20Guide%2031Mar09.pdf и т.д.).

7. Выделяют следующие виды системы систем:
-- управляемые (directed), в которых есть назначенный архитектор, который может выдавать приказы составляющим системам и распоряжается ресурсами.
-- подтвержденные (acknowledged), в которых признаваемый архитектор есть, но он может только уговаривать составляющие системы самоизмениться согласно разработанной им архитектуре.
-- сотрудничающие (collaborative), в которых все системы договариваются друг с другом по каждому чиху, но архитектора, менеджера проекта или аналогичного выделенного органа управления нет.
-- виртуальные (virtual), в которых системы вообще не знают друг о друге ничего и не влияют друг на друга (например, современный интернет. Smart Grid тоже собирается быть такой системой).

8. У военных же есть и другой частый случай, который "путается" с системами систем: семейство систем -- когда все системы, составляющие семейство, не обнаруживают эмерджентности при взаимодействии -- но заказываются, используются, разрабатываются вместе. К этой концепции семейства систем близка концепция продуктных линий, о которой совсем отдельная песня: http://jcse.org.za/upload/events/100/product_lines_2_0_jcse_30apr2010presentation.pdf (тем не менее, близость "семейств" и "системы систем" даже в этой презентации тоже отмечается -- "The System of Systems engineering community speaks of directed vs. collaborative vs. acknowledged systems of systems. These correspond to proactive (top-down), proactive (bottom-up), and reactive software product lines.".

9. Большинство работ по инженерии систем представляют собой шаблон, в котором
а) формулируется сложность проблемы системы систем (сводящаяся к "не хотят, гады"!),
б) постулируется полное отсутствие методов работы с системами в системной инженерии (ибо системная инженерия занимается менеджентом технических систем, а не человеческих) и необходимость делать хоть что-нибудь
в) радостного замечания, что "вот тут совсем случайно мы обнаружили метод [далее взахлеб рассказывается о давным давно известных в менеджменте, экономике, социологии, проектном управлении, политологии и т.д. "гуманитарных" школах мысли -- но используется терминология "системы систем" и "эволюция"], и применили этот метод в [описание какого-нибудь "пилотного проекта"]".
Тем самым текущая "наука" про системы систем сводится к пересказу идей, давно и хорошо известных гуманитарщикам инженерным языком.

10. Тем не менее, инженерная специфика в системах систем важна: она вполне может позволить сделать прорывы в тех самых гуманитарных дисциплинах, ибо
а) основным методом работы с системами систем предлагается получение их архитектуры as is и архитектуры to be. Для этого прежде всего нужно понять и отмоделировать (перейти от понимания архитектуры к архитектурному описанию) "систему систем". Особо отмечу, что "архитектура" определяется в ISO 42010 как основная организация системы (а не основная структура: в пример приводится как раз интернет, у которого структуры по факту нет, а вот организация есть). "Организация", кстати, в наиболее общем онтологическом смысле -- это распределение функций по материалу, из которого сделана система. Именно архитектурное описание должно быть основным интеграционным средством, вокруг которого разворачивается коммуникация владельцев составляющих систем и других заинтересованных сторон, ведущих эволюцию системы систем.
б) поскольку основное в архитектуре -- это модели, то разговор об архитектуре с неизежностью требует формального моделирования (с указанием выбранного языка, нотации, контролем конфигурации получающейся архитектурной мегамодели и т.д.). Это дает строгость в рассуждениях, обычно недоступную для представителей гуманитарных дисциплин. Вокруг формальных моделей трудно эмоционально спорить, аргументируя размахиванием рук. Поэтому у инженеров есть шанс продвинуть теории, которые долго и с весьма переменным успехом разрабатывали гуманитарщики.
в) Отдельно оставим вопрос о безопасности: конечно, инженерные решения для создания системы систем могут привести к вполне инженерному созданию организаций-систем систем, само существование которых трудно оправдать морально или этически. Но эта дискуссия о безопасности встроенна в современную инженерию (но зачастую не встроена в "гумантираные науки", как это ни удивительно), поэтому есть шанс продвинуться и в этом вопросе.

11. Особым случаем "системы систем" является обеспечивающая система проекта системной инженерии: та организация (в системной инженерии определяемая как совокупность людей, оборудования с понятным разделением труда, полномочиями и ответственностью), которая продвигает целевую систему по ее жизненному циклу. Эта обеспечивающая система является системой систем по определению: там ведь есть люди, которые владеют собой сами, и лишь договариваются работать вместе в организации -- частью эти договоренности являются явными, а частью представляют собой эхо представлений о таких договоренностях, находящихся "в культуре" (устной, письменной, в стандартах, а то и в законодательстве -- т.е. не только в договоренностях, но и обычаях, и даже законах).

12. Еще один "особый случай" -- это понимание того, как устроена современная промышленность, которая медленно, но верно ползет от непосредственного конструирования своих изделий и сервисов к проектированию изделий из покупных деталей, самих по себе довольно сложных. Производители компьютеров закупают микросхемы и разъемы, нефтяники закупают насосы и трубопроводную арматуру, все что-то закупают на базе промышленных каталогов. И потом вся эта "система производственных систем" действует, как Промнет.

13. Smart Grid, определяемая ныне, как Enernet (такое название дал недавно автор Ethernet Боб Меткалф -- http://news.cnet.com/8301-11128_3-10203683-54.html). Генераторы-потребители, каждый из которых работает автономно, и то ли продает, то ли покупает энергию в зависимости от ситуации. Владельцы линий электропередачи, владельцы средств телекоммуникаций, и многие другие агенты, которые составляют из себя сеть. В случае России ситуация немного другая, нежели во всем мире: у нас уже есть объединенная энергосистема (к которой многие страны только хотят приблизиться), и нужно решать, как на этой живой инфраструктуре разворачивать ("эволюционировать") Smart Grid как систему систем.

14. Остается понять, в чем состоит специфика подхода инженерии системы систем и какие можно предложить методы этой инженерии:
а) практически консенсус, что взаимодействие (interoperability) обеспечивается стандартами (внутрисистемными, или -- о чем проще договориться -- внешними, т.е. отраслевыми или международными).
б) практически консенсус, что изменения инкрементальны, и описываются словом "эволюция". Более того, признается, что пока меняется составляющая система А, составляющая система B может попасть в суровый переплет с изменением всех планов, и вся "эволюция" остальных систем должна на это отреагировать. Поэтому у архитекторов странная дополнительная функция "мониторинга" неожиданного изменения составляющих систем своей системы систем (представьте себе системного инженера, у которого вдруг турбина проектируемой электростанции вдруг под давлением внешних обстоятельств решила изменить свое выходное напряжение и способ подключения к сети в одностороннем порядке -- и даже забыла об этом его уведомить! А ведь это в системах систем штатная ситуация).
в) практически консенсус, что системы должны рефлексировать то, что они сейчас делают (моделировать методы своей работы). Ибо без этого оказывается невозможным что-то поменять. Для меня это означает, что для работы с системами систем нужно использовать ISO 24744, позволяющий отмоделировать метод (я считаю, что этот стандарт может быть применен не только к методам разработки, но и просто к методам работы в целом).
г) постепенно зреет консенсус, что от "словарных" взаимодействий информационных систем придется переходить к семантическим технологиям (это идет от американской армии, флота, и авиации, которые выяснили, что их "сетевые взаимодействия" другим способом просто не обеспечить, и поэтому "эволюционно" переходят сейчас на семантические технологии). Мне в этом случае проще думать об использовании ISO 15926.
д) зреет понимание, что придется импортировать современные методы менеджмента организационных изменений -- попутно формализовав и заменив терминологию на "системную".
е) нормативную базу (например, регламенты деятельности каждой отдельной системы) правильно было бы оцифровать (те же "семантические технологии"), чтобы иметь хоть какую-то возможность валидизировать их потенциальную совместную работу при функционировании в системе систем. Можно, конечно, и "вручную", но компьютером всяко поиск коллизий проще делать. Тут, конечно, нужно ехидно заметить, что одновременно нужно разбираться с обеспечением соответствия "процессов в жизни" и "процессов из регламентов" -- написано и вбито в программы компьютеров одно, а делается обычно совсем другое. Но никто не говорил, что будет легко.
е) всякие "теории сложности" и прочие похожие заклинания по линии "продвинутого системного мышления", увы, пока не показали своей применимости (равно как и многие чисто кибернетические идеи с "обратными связями"). Хотя публикаций, конечно, хватает.
ж) реальный прогресс нужно ожидать тогда, когда гуманитарные (менеджмента, конфликтологии, политологии и т.д.) теории, агентский подход (с его "желаниями", "моделью мира" и "сотрудничеством" агентов) и системно-инженерный подход (с понятиями систем-холонов, каждая из которых является частью целого и в свою очередь целым одновременно, жизненного цикла, а также архитектурными идеями и идеями моделирования) склеются в месте. Это и будет будущая системо-системная инженерия.

Анонс: в Москве 18-20 октября будет проходить международный семинар по системам систем -- http://personal.stevens.edu/~bsauser/System_Readiness_Level/ICUMT_2010.html , я планирую там выступить. Чтобы попасть туда, пишите на указанные в тексте по ссылке контактные адреса.